Bagaimana untuk menentukan formula fluks magnet. Aruhan elektromagnet

Bahan magnet adalah yang tertakluk kepada pengaruh medan kuasa khas, sebaliknya, bahan bukan magnet tidak tertakluk kepada atau lemah tertakluk kepada daya medan magnet, yang biasanya diwakili oleh garis daya (fluks magnet) yang mempunyai tertentu. harta benda. Di samping sentiasa membentuk gelung tertutup, mereka berkelakuan seolah-olah elastik, iaitu, semasa herotan mereka cuba kembali ke jarak sebelumnya dan ke bentuk semula jadinya.

Kuasa Ghaib

Magnet cenderung untuk menarik logam tertentu, terutamanya besi dan keluli, serta aloi nikel, nikel, kromium dan kobalt. Bahan yang menghasilkan daya tarikan ialah magnet. Terdapat pelbagai jenis daripada mereka. Bahan yang mudah dimagnetkan dipanggil feromagnetik. Mereka boleh menjadi keras atau lembut. Bahan feromagnetik lembut, seperti besi, cepat kehilangan sifatnya. Magnet yang diperbuat daripada bahan ini dipanggil sementara. Bahan keras seperti keluli memegang sifatnya lebih lama dan digunakan secara kekal.

Fluks magnet: definisi dan ciri

Terdapat medan daya tertentu di sekeliling magnet, dan ini mewujudkan kemungkinan tenaga. Fluks magnet adalah sama dengan hasil darab medan daya purata berserenjang dengan permukaan yang dia tembus. Ia diwakili oleh simbol "Φ" dan diukur dalam unit yang dipanggil Webers (WB). Jumlah aliran yang melalui kawasan tertentu akan berbeza dari satu titik ke titik lain di sekeliling objek. Oleh itu, fluks magnet adalah apa yang dipanggil ukuran kekuatan medan magnet atau arus elektrik berdasarkan jumlah bilangan garis daya bercas yang melalui kawasan tertentu.

Membongkar misteri fluks magnet

Semua magnet, tanpa mengira bentuknya, mempunyai dua kawasan yang dipanggil kutub yang mampu menghasilkan rantaian tertentu sistem garis daya yang tidak kelihatan yang teratur dan seimbang. Garisan dari aliran ini membentuk medan khas, yang bentuknya kelihatan lebih sengit di beberapa bahagian berbanding yang lain. Kawasan yang mempunyai tarikan terbesar dipanggil kutub. Garis medan vektor tidak dapat dikesan dengan mata kasar. Secara visual, ia sentiasa kelihatan sebagai garis daya dengan tiang yang tidak jelas pada setiap hujung bahan, di mana garisan lebih padat dan lebih pekat. Fluks magnet ialah garisan yang mencipta getaran tarikan atau tolakan, menunjukkan arah dan keamatannya.

Garis fluks magnet

Garis medan magnet ditakrifkan sebagai lengkung yang bergerak di sepanjang laluan tertentu dalam medan magnet. Tangen kepada lengkung ini pada mana-mana titik menunjukkan arah medan magnet pada titik itu. Ciri-ciri:

Setiap garis aliran membentuk gelung tertutup.

Garis aruhan ini tidak pernah bersilang, tetapi cenderung memendek atau meregang, mengubah dimensinya dalam satu arah atau yang lain.

Sebagai peraturan, garis medan mempunyai permulaan dan penghujung di permukaan.

Terdapat juga arah tertentu dari utara ke selatan.

Garisan daya yang terletak berdekatan antara satu sama lain, membentuk medan magnet yang kuat.

• Apabila kutub bersebelahan adalah sama (utara-utara atau selatan-selatan), mereka menolak antara satu sama lain. Apabila kutub bersebelahan tidak sejajar (utara-selatan atau selatan-utara), mereka tertarik antara satu sama lain. Kesan ini mengingatkan pepatah terkenal bahawa bertentangan menarik.

Molekul magnet dan teori Weber

Teori Weber adalah berdasarkan fakta bahawa semua atom mempunyai sifat magnetik disebabkan oleh ikatan antara elektron dalam atom. Kumpulan atom terikat bersama sedemikian rupa sehingga medan di sekelilingnya berputar ke arah yang sama. Bahan jenis ini terdiri daripada kumpulan magnet kecil (apabila dilihat pada peringkat molekul) di sekeliling atom, bermakna bahan feromagnetik terdiri daripada molekul yang mempunyai daya tarikan. Ini dikenali sebagai dipol dan dikelompokkan ke dalam domain. Apabila bahan dimagnetkan, semua domain menjadi satu. Bahan kehilangan keupayaannya untuk menarik dan menolak jika domainnya dipisahkan. Dipol bersama-sama membentuk magnet, tetapi secara individu setiap daripada mereka cuba untuk menolak dari satu unipolar, dengan itu menarik kutub bertentangan.

Padang dan tiang

Kekuatan dan arah medan magnet ditentukan oleh garis fluks magnet. Kawasan tarikan lebih kuat di mana garisan berdekatan antara satu sama lain. Garisan adalah paling hampir dengan tiang pangkal batang, di mana tarikan adalah paling kuat. Planet Bumi sendiri terletak di medan kuasa yang kuat ini. Ia bertindak seolah-olah plat jalur magnet gergasi sedang melalui tengah-tengah planet. kutub utara Jarum kompas menghala ke arah satu titik yang dipanggil kutub utara magnet, dan kutub selatan menghala ke arah selatan magnet. Walau bagaimanapun, arah ini berbeza daripada Kutub Utara dan Selatan geografi.

Sifat kemagnetan

Kemagnetan bermain peranan penting dalam kejuruteraan elektrik dan elektronik kerana tanpa komponennya seperti geganti, solenoid, induktor, tercekik, gegelung, pembesar suara, motor elektrik, penjana, transformer, meter elektrik, dan lain-lain Magnet boleh didapati dalam keadaan semula jadi dalam bentuk bijih magnet. Terdapat dua jenis utama, magnetit (juga dipanggil oksida besi) dan bijih besi magnetik. Struktur molekul bahan ini dalam keadaan bukan magnet dibentangkan dalam bentuk rantai magnet bebas atau zarah kecil individu yang terletak bebas di susunan rawak. Apabila bahan dimagnetkan, susunan rawak molekul ini berubah, dan zarah molekul rawak yang kecil berbaris sedemikian rupa sehingga menghasilkan satu siri susunan keseluruhan. Idea penjajaran molekul bahan feromagnetik ini dipanggil teori Weber.

Pengukuran dan aplikasi praktikal

Penjana yang paling biasa menggunakan fluks magnet untuk menghasilkan elektrik. Kuasanya digunakan secara meluas dalam penjana elektrik. Alat yang digunakan untuk mengukur fenomena menarik ini dipanggil fluxmeter, yang terdiri daripada gegelung dan peralatan elektronik yang mengukur perubahan voltan merentasi gegelung. Dalam fizik, fluks ialah penunjuk bilangan garis daya yang melalui kawasan tertentu. Fluks magnet ialah ukuran bilangan garis daya magnet.

Kadang-kadang bahan bukan magnet juga boleh mempunyai sifat diamagnetik dan paramagnet. Fakta menarik ialah daya tarikan boleh dimusnahkan dengan memanaskan atau memukul dengan tukul bahan yang sama, tetapi mereka tidak boleh dimusnahkan atau diasingkan dengan hanya memecahkan spesimen besar kepada dua. Setiap kepingan yang pecah akan mempunyai kutub utara dan selatannya sendiri, tidak kira betapa kecilnya kepingan itu.

aruhan magnet - ialah ketumpatan fluks magnet pada titik tertentu dalam medan. Unit aruhan magnet ialah tesla(1 T = 1 Wb/m2).

Kembali kepada ungkapan yang diperoleh sebelum ini (1), kita boleh menentukan secara kuantitatif fluks magnet melalui permukaan tertentu sebagai hasil daripada jumlah cas yang mengalir melalui konduktor yang digabungkan dengan sempadan permukaan ini apabila medan magnet hilang sepenuhnya, dan rintangan litar elektrik yang melaluinya cas ini mengalir

.

Dalam eksperimen yang diterangkan di atas dengan gegelung ujian (cincin), ia bergerak ke jarak sedemikian sehingga semua manifestasi medan magnet hilang. Tetapi anda hanya boleh menggerakkan gegelung ini di dalam medan dan pada masa yang sama cas elektrik juga akan bergerak di dalamnya. Mari kita beralih kepada kenaikan dalam ungkapan (1)

Ф + Δ Ф = r(q - Δ q) => Δ Ф = - rΔq => Δ q= -Δ Ф/ r

di mana Δ Ф dan Δ q- kenaikan aliran dan bilangan caj. Tanda-tanda yang berbeza kenaikan dijelaskan oleh fakta bahawa caj positif dalam eksperimen dengan penyingkiran giliran sepadan dengan kehilangan medan, i.e. kenaikan negatif fluks magnet.

Dengan menggunakan pusingan ujian, anda boleh meneroka seluruh ruang di sekeliling magnet atau gegelung dengan garis arus dan binaan, arah tangen yang pada setiap titik akan sepadan dengan arah vektor aruhan magnet. B(Gamb. 3)

Garisan ini dipanggil garisan vektor aruhan magnetik atau garisan magnetik .

Ruang medan magnet boleh dibahagikan secara mental oleh permukaan tiub yang dibentuk oleh garis magnet, dan permukaan boleh dipilih sedemikian rupa sehingga fluks magnet di dalam setiap permukaan tersebut (tiub) secara berangka sama dengan satu dan garis paksi ini. tiub boleh digambarkan secara grafik. Tiub sedemikian dipanggil tunggal, dan garis paksi mereka dipanggil garis magnet tunggal . Gambar medan magnet yang digambarkan menggunakan garis tunggal memberikan bukan sahaja kualitatif, tetapi juga idea kuantitatif mengenainya, kerana dalam kes ini, magnitud vektor aruhan magnet ternyata sama dengan bilangan garisan yang melalui satu unit luas permukaan normal kepada vektor B, A bilangan garisan yang melalui mana-mana permukaan adalah sama dengan nilai fluks magnet .

Garis magnet adalah berterusan dan prinsip ini boleh diwakili secara matematik sebagai

mereka. fluks magnet yang melalui mana-mana permukaan tertutup adalah sifar .

Ungkapan (4) adalah sah untuk permukaan s sebarang bentuk. Jika kita menganggap fluks magnet yang melalui permukaan yang dibentuk oleh lilitan gegelung silinder (Rajah 4), maka ia boleh dibahagikan kepada permukaan yang dibentuk oleh lilitan individu, i.e. s=s 1 +s 2 +...+s 8 . Selain itu, dalam kes umum, fluks magnet yang berbeza akan melalui permukaan lilitan yang berbeza. Jadi dalam Rajah. 4, lapan garis magnet tunggal melalui permukaan lilitan pusat gegelung, dan hanya empat melalui permukaan lilitan luar.

Untuk menentukan jumlah fluks magnet yang melalui permukaan semua lilitan, adalah perlu untuk menambah fluks yang melalui permukaan lilitan individu, atau, dengan kata lain, saling mengunci dengan lilitan individu. Sebagai contoh, fluks magnet saling mengunci dengan empat pusingan atas gegelung dalam Rajah. 4 akan sama: Ф 1 =4; Ф 2 =4; Ф 3 =6; Ф 4 =8. Juga, cermin simetri dengan yang lebih rendah.

Hubungan fluks - fluks magnet maya (khayalan umum) Ψ, bersirat dengan semua lilitan gegelung, secara berangka sama dengan jumlah aliran saling mengunci dengan lilitan individu: Ψ = w e F m, di mana Ф m ialah fluks magnet yang dicipta oleh arus yang melalui gegelung, dan w e ialah bilangan lilitan gegelung yang setara atau berkesan. Makna fizikal hubungan fluks ialah gandingan medan magnet lilitan gegelung, yang boleh dinyatakan oleh pekali (multiplikati) pautan fluks k= Ψ/Ф = w e.

Iaitu, untuk kes yang ditunjukkan dalam rajah, dua bahagian cermin simetri gegelung:

Ψ = 2(Ф 1 + Ф 2 + Ф 3 + Ф 4) = 48

Maya, iaitu, sifat khayalan pautan fluks ditunjukkan dalam fakta bahawa ia tidak mewakili fluks magnet sebenar, yang tiada induktansi boleh berganda, tetapi kelakuan impedans gegelung adalah sedemikian rupa sehingga kelihatan fluks magnet. meningkat dengan gandaan bilangan lilitan berkesan, walaupun pada hakikatnya ia adalah interaksi lilitan yang mudah dalam medan yang sama. Jika gegelung meningkatkan fluks magnet dengan hubungan fluksnya, maka adalah mungkin untuk mencipta pengganda medan magnet pada gegelung walaupun tanpa arus, kerana hubungan fluks tidak membayangkan litar tertutup gegelung, tetapi hanya geometri sambungan kedekatan daripada selekoh.

Selalunya taburan sebenar hubungan fluks merentasi lilitan gegelung tidak diketahui, tetapi ia boleh diandaikan seragam dan sama untuk semua lilitan jika gegelung sebenar digantikan dengan gegelung yang setara dengan bilangan lilitan yang berbeza. w e, sambil mengekalkan nilai kaitan fluks Ψ = w e F m, di mana Ф m- fluks saling mengunci dengan lilitan dalaman gegelung, dan w e ialah bilangan lilitan gegelung yang setara atau berkesan. Bagi yang dipertimbangkan dalam Rajah. 4 kes w e = Ψ/Ф 4 =48/8=6.

Di antara banyak definisi dan konsep yang berkaitan dengan medan magnet, sebutan khusus harus dibuat tentang fluks magnet, yang mempunyai arah tertentu. Harta ini digunakan secara meluas dalam kejuruteraan elektronik dan elektrik, dalam reka bentuk instrumen dan peranti, serta dalam pengiraan pelbagai litar.

Konsep fluks magnet

Pertama sekali, adalah perlu untuk menubuhkan apa yang dipanggil fluks magnetik. Nilai ini harus dipertimbangkan dalam kombinasi dengan medan magnet seragam. Ia adalah homogen pada setiap titik dalam ruang yang ditetapkan. Permukaan tertentu yang mempunyai kawasan tertentu, yang ditetapkan oleh simbol S, dipengaruhi oleh medan magnet Garis medan bertindak pada permukaan ini dan memotongnya.

Oleh itu, fluks magnet Ф melintasi permukaan dengan kawasan S terdiri daripada bilangan garisan tertentu yang bertepatan dengan vektor B dan melalui permukaan ini.

Parameter ini boleh didapati dan dipaparkan dalam bentuk formula Ф = BS cos α, di mana α ialah sudut antara arah normal ke permukaan S dan vektor aruhan magnetik B. Berdasarkan formula ini, adalah mungkin untuk menentukan fluks magnet dengan nilai maksimum di mana cos α = 1, dan kedudukan vektor B akan menjadi selari dengan normal berserenjang dengan permukaan S. Dan, sebaliknya, fluks magnet akan menjadi minimum jika vektor B terletak berserenjang dengan biasa.

Dalam versi ini, garisan vektor hanya meluncur di sepanjang satah dan tidak bersilang. Iaitu, fluks diambil kira hanya di sepanjang garis vektor aruhan magnet yang bersilang dengan permukaan tertentu.

Untuk mencari nilai ini, weber atau volt-saat digunakan (1 Wb = 1 V x 1 s). Parameter ini boleh diukur dalam unit lain. Nilai yang lebih kecil ialah maxwell, iaitu 1 Wb = 10 8 μs atau 1 μs = 10 -8 Wb.

Tenaga medan magnet dan fluks magnet

Jika anda terlepas panduan elektrik, maka medan magnet dengan tenaga terbentuk di sekelilingnya. Asalnya dikaitkan dengan tenaga elektrik sumber semasa, yang sebahagiannya digunakan untuk mengatasi Emf yang disebabkan sendiri timbul dalam litar. Ini adalah apa yang dipanggil tenaga diri semasa, kerana ia terbentuk. Iaitu, medan dan tenaga semasa akan sama antara satu sama lain.

Nilai tenaga arus sendiri dinyatakan dengan formula W = (L x I 2)/2. Takrifan ini dianggap sama dengan kerja yang dilakukan oleh sumber arus yang mengatasi kearuhan, iaitu, emf induktif kendiri dan mencipta arus dalam litar elektrik. Apabila arus berhenti beroperasi, tenaga medan magnet tidak hilang tanpa jejak, tetapi dilepaskan, sebagai contoh, dalam bentuk arka atau percikan.

Fluks magnet yang timbul dalam medan juga dikenali sebagai fluks aruhan magnet dengan positif atau nilai negatif, yang arahnya ditetapkan secara konvensional oleh vektor. Sebagai peraturan, aliran ini melalui litar di mana arus elektrik mengalir. Dengan arah positif berbanding normal berbanding kontur, arah pergerakan semasa adalah nilai yang ditentukan mengikut. Dalam kes ini, fluks magnet yang dicipta oleh litar dengan arus elektrik dan melalui litar ini akan sentiasa mempunyai nilai lebih besar daripada sifar. Pengukuran praktikal juga menunjukkan ini.

Fluks magnet biasanya diukur dalam unit yang ditentukan sistem antarabangsa SI. Ini adalah Weber yang sudah terkenal, yang mewakili jumlah aliran yang melalui satah dengan keluasan 1 m2. Permukaan ini diletakkan berserenjang dengan garis medan magnet dengan struktur seragam.

Konsep ini diterangkan dengan baik oleh teorem Gauss. Ia mencerminkan ketiadaan cas magnet, jadi garis aruhan sentiasa kelihatan tertutup atau menuju ke infiniti tanpa permulaan atau penghujung. Iaitu, fluks magnet yang melalui mana-mana jenis permukaan tertutup sentiasa sifar.

Fluks magnet (fluks garis aruhan magnet) melalui kontur secara berangka sama dengan hasil darab magnitud vektor aruhan magnet oleh kawasan yang dihadkan oleh kontur dan oleh kosinus sudut antara arah vektor aruhan magnet dan normal kepada permukaan yang dihadkan oleh kontur ini.

Formula untuk kerja daya Ampere apabila konduktor lurus bergerak dengan DC dalam medan magnet seragam.

Oleh itu, kerja yang dilakukan oleh daya Ampere boleh dinyatakan dari segi arus dalam konduktor yang digerakkan dan perubahan fluks magnet melalui litar di mana konduktor ini disambungkan:

Kearuhan gelung.

Kearuhan - fizikal nilai yang sama secara berangka dengan emf induktif kendiri yang berlaku dalam litar apabila arus berubah sebanyak 1 Ampere dalam 1 saat.
Kearuhan juga boleh dikira menggunakan formula:

di mana Ф ialah fluks magnet melalui litar, I ialah kekuatan semasa dalam litar.

Unit SI bagi induktansi:

Tenaga medan magnet.

Medan magnet mempunyai tenaga. Sama seperti kapasitor yang dicas mempunyai rizab tenaga elektrik, dalam gegelung melalui lilitan arus yang mengalir, terdapat rizab tenaga magnet.

Aruhan elektromagnet.

Aruhan elektromagnet - fenomena berlakunya arus elektrik dalam litar tertutup apabila fluks magnet yang melaluinya berubah.

Eksperimen Faraday. Penerangan tentang aruhan elektromagnet.

Jika anda menawarkan magnet kekal kepada gegelung atau sebaliknya (Rajah 3.1), maka arus elektrik akan timbul dalam gegelung. Perkara yang sama berlaku dengan dua gegelung jarak rapat: jika sumber AC disambungkan ke salah satu gegelung, maka yang lain juga akan mengalami arus ulang alik, tetapi kesan ini paling baik ditunjukkan jika dua gegelung disambungkan dengan teras

Menurut definisi Faraday, eksperimen ini mempunyai persamaan berikut: Jika fluks vektor aruhan menembusi litar yang tertutup, menjalankan berubah, maka arus elektrik timbul dalam litar.

Fenomena ini dipanggil fenomena aruhan elektromagnet , dan arus ialah induksi. Dalam kes ini, fenomena itu sepenuhnya bebas daripada kaedah menukar fluks vektor aruhan magnetik.

Formula e.m.f. aruhan elektromagnet.

emf teraruh dalam gelung tertutup adalah berkadar terus dengan kadar perubahan fluks magnet melalui kawasan yang dihadkan oleh gelung ini.

Peraturan Lenz.

Peraturan Lenz

Arus teraruh yang timbul dalam litar tertutup dengan medan magnetnya menentang perubahan fluks magnet yang menyebabkannya.

Induksi kendiri, penjelasannya.

Induksi kendiri- fenomena berlakunya emf teraruh dalam litar elektrik akibat daripada perubahan kekuatan arus.

Penutupan litar
Apabila terdapat litar pintas dalam litar elektrik, arus meningkat, yang menyebabkan peningkatan dalam fluks magnet dalam gegelung, dan medan elektrik vorteks muncul, diarahkan terhadap arus, i.e. Emf aruhan sendiri timbul dalam gegelung, menghalang peningkatan arus dalam litar (medan vorteks menghalang elektron).
Akibatnya, L1 menyala lebih lewat daripada L2.

Litar terbuka
Apabila litar elektrik dibuka, arus berkurangan, penurunan dalam fluks dalam gegelung berlaku, dan medan elektrik vorteks muncul, diarahkan seperti arus (cuba mengekalkan kekuatan arus yang sama), i.e. Emf teraruh sendiri timbul dalam gegelung, mengekalkan arus dalam litar.
Akibatnya, L berkelip terang apabila dimatikan.

dalam kejuruteraan elektrik, fenomena aruhan kendiri menunjukkan dirinya apabila litar ditutup (arus elektrik meningkat secara beransur-ansur) dan apabila litar dibuka (arus elektrik tidak hilang serta-merta).

Formula e.m.f. induksi kendiri.

Emf induktif kendiri menghalang arus daripada meningkat apabila litar dihidupkan dan arus daripada berkurangan apabila litar dibuka.

Peruntukan pertama dan kedua teori medan elektromagnet Maxwell.

1. Apa-apa yang digerakkan medan elektrik menghasilkan medan magnet pusaran. Medan elektrik berselang-seli dinamakan oleh Maxwell kerana, seperti arus biasa, ia menghasilkan medan magnet. Medan magnet pusaran dijana kedua-duanya oleh arus pengaliran Ipr (cas elektrik bergerak) dan arus sesaran (medan elektrik bergerak E).

Persamaan pertama Maxwell

2. Sebarang medan magnet yang disesarkan menghasilkan medan elektrik pusaran (undang-undang asas aruhan elektromagnet).

Persamaan kedua Maxwell:

Radiasi elektromagnetik.

Gelombang elektromagnet, sinaran elektromagnet- gangguan (perubahan keadaan) medan elektromagnet yang merambat di angkasa.

3.1. ombak - Ini adalah getaran yang merambat di angkasa dari semasa ke semasa.
Gelombang mekanikal hanya boleh merebak dalam beberapa medium (bahan): dalam gas, dalam cecair, dalam pepejal. Sumber gelombang ialah jasad berayun yang mewujudkan ubah bentuk persekitaran di ruang sekeliling. Keadaan yang diperlukan untuk kemunculan gelombang elastik ialah penampilan pada saat gangguan medium daya yang menghalangnya, khususnya, keanjalan. Mereka cenderung untuk mendekatkan zarah-zarah berjiran apabila mereka bergerak berasingan, dan menolaknya dari satu sama lain apabila mereka mendekati satu sama lain. Daya elastik, bertindak pada zarah yang jauh dari sumber gangguan, mula tidak mengimbanginya. Gelombang membujur ciri hanya media gas dan cecair, tetapi melintang– juga kepada pepejal: sebabnya ialah zarah-zarah yang membentuk media ini boleh bergerak bebas, kerana ia tidak tetap tegar, tidak seperti pepejal. Oleh itu, getaran melintang pada asasnya adalah mustahil.

Gelombang membujur timbul apabila zarah medium berayun, berorientasikan sepanjang vektor perambatan gangguan. Gelombang melintang merambat dalam arah yang berserenjang dengan vektor hentaman. Ringkasnya: jika dalam medium ubah bentuk yang disebabkan oleh gangguan menampakkan diri dalam bentuk ricih, regangan dan mampatan, maka kita bercakap tentang tentang jasad pepejal di mana kedua-dua gelombang membujur dan melintang adalah mungkin. Jika penampilan anjakan adalah mustahil, maka persekitaran boleh menjadi apa-apa.

Setiap gelombang bergerak pada kelajuan tertentu. Di bawah kelajuan gelombang memahami kelajuan penyebaran gangguan. Oleh kerana kelajuan gelombang ialah nilai tetap (untuk medium tertentu), jarak yang dilalui oleh gelombang adalah sama dengan hasil darab kelajuan dan masa perambatannya. Oleh itu, untuk mencari panjang gelombang, anda perlu mendarabkan kelajuan gelombang dengan tempoh ayunan di dalamnya:

Panjang gelombang - jarak antara dua titik yang paling hampir antara satu sama lain dalam ruang, di mana getaran berlaku dalam fasa yang sama. Panjang gelombang sepadan dengan tempoh spatial gelombang, iaitu jarak yang "dilalui" oleh titik dengan fasa malar semasa selang masa, sama dengan tempoh teragak-agak, oleh itu

Nombor gelombang(juga dipanggil kekerapan spatial) ialah nisbah 2 π radian kepada panjang gelombang: analog spatial frekuensi bulat.

Definisi: nombor gelombang k ialah kadar pertumbuhan fasa gelombang φ mengikut koordinat ruang.

3.2. Gelombang kapal terbang - gelombang yang bahagian hadapannya berbentuk satah.

Bahagian hadapan gelombang satah bersaiz tidak terhad, vektor halaju fasa berserenjang dengan hadapan. Gelombang satah ialah penyelesaian khusus kepada persamaan gelombang dan model yang mudah: gelombang sedemikian tidak wujud dalam alam semula jadi, kerana bahagian hadapan gelombang satah bermula pada dan berakhir pada , yang, jelas sekali, tidak boleh wujud.

Persamaan mana-mana gelombang adalah penyelesaian kepada persamaan pembezaan yang dipanggil persamaan gelombang. Persamaan gelombang untuk fungsi ditulis sebagai:

di mana

· - Operator Laplace;

· - fungsi yang diperlukan;

· - jejari vektor titik yang dikehendaki;

· - kelajuan gelombang;

· - masa.

permukaan ombak - lokus geometri titik yang mengalami gangguan koordinat umum dalam fasa yang sama. Kes istimewa permukaan ombak- gelombang hadapan.

A) Gelombang kapal terbang ialah gelombang yang permukaan gelombangnya ialah satu set satah selari antara satu sama lain.

B) Gelombang sfera ialah gelombang yang permukaan gelombangnya merupakan himpunan sfera sepusat.

Ray- garis, normal dan permukaan gelombang. Arah perambatan gelombang merujuk kepada arah sinar. Jika medium perambatan gelombang adalah homogen dan isotropik, sinar adalah lurus (dan jika gelombang adalah satah, ia adalah garis lurus selari).

Konsep sinar dalam fizik biasanya digunakan hanya dalam optik geometri dan akustik, kerana apabila kesan yang tidak dikaji dalam arah ini berlaku, makna konsep sinar hilang.

3.3. Ciri-ciri tenaga gelombang

Medium di mana gelombang merambat mempunyai tenaga mekanikal, yang merupakan jumlah tenaga gerakan getaran semua zarahnya. Tenaga satu zarah dengan jisim m 0 didapati dengan formula: E 0 = m 0 Α 2 ω 2/2. Satu unit isipadu medium mengandungi n = hlm/m 0 zarah (ρ - ketumpatan medium). Oleh itu, satu unit isipadu medium mempunyai tenaga w р = nЕ 0 = ρ Α 2 ω 2 /2.

Ketumpatan tenaga isipadu(W р) - tenaga gerakan getaran zarah medium yang terkandung dalam unit isipadunya:

Aliran tenaga(F) - nilai yang sama dengan tenaga yang dipindahkan oleh gelombang melalui permukaan tertentu per unit masa:

Keamatan gelombang atau ketumpatan fluks tenaga(I) - nilai yang sama dengan aliran tenaga yang dipindahkan oleh gelombang melalui kawasan unit yang berserenjang dengan arah perambatan gelombang:

3.4. Gelombang elektromagnet

Gelombang elektromagnet- proses perambatan medan elektromagnet di angkasa.

Keadaan kejadian gelombang elektromagnet. Perubahan dalam medan magnet berlaku apabila kekuatan arus dalam konduktor berubah, dan kekuatan semasa dalam konduktor berubah apabila kelajuan pergerakan cas elektrik di dalamnya berubah, iaitu apabila cas bergerak dengan pecutan. Akibatnya, gelombang elektromagnet sepatutnya timbul daripada pergerakan cas elektrik yang dipercepatkan. Apabila kelajuan cas adalah sifar, hanya terdapat medan elektrik. Pada kelajuan cas yang tetap, medan elektromagnet timbul. Dengan pergerakan dipercepatkan cas, gelombang elektromagnet dipancarkan, yang merambat di angkasa pada kelajuan terhingga.

Gelombang elektromagnet merambat dalam jirim pada kelajuan terhingga. Di sini ε dan μ ialah kebolehtelapan dielektrik dan magnet bagi bahan tersebut, ε 0 dan μ 0 ialah pemalar elektrik dan magnet: ε 0 = 8.85419·10 –12 F/m, μ 0 = 1.25664·10 –6 H/m.

Kelajuan gelombang elektromagnet dalam vakum (ε = μ = 1):

Ciri-ciri utama Sinaran elektromagnet biasanya dianggap sebagai frekuensi, panjang gelombang dan polarisasi. Panjang gelombang bergantung pada kelajuan perambatan sinaran. Kelajuan kumpulan penyebaran sinaran elektromagnet dalam vakum adalah sama dengan kelajuan cahaya dalam media lain kelajuan ini kurang.

Sinaran elektromagnet biasanya dibahagikan kepada julat frekuensi (lihat jadual). Tiada peralihan yang tajam antara julat kadangkala bertindih, dan sempadan di antaranya adalah sewenang-wenangnya. Oleh kerana kelajuan perambatan sinaran adalah malar, kekerapan ayunannya sangat berkaitan dengan panjang gelombang dalam vakum.

Gangguan gelombang. Gelombang koheren. Syarat untuk koheren gelombang.

Panjang laluan optik (OPL) cahaya. Hubungan antara perbezaan o.d.p. gelombang dengan perbezaan fasa ayunan yang disebabkan oleh gelombang.

Amplitud ayunan yang terhasil apabila dua gelombang mengganggu. Keadaan untuk maksimum dan minima amplitud semasa gangguan dua gelombang.

Pinggiran gangguan dan corak gangguan pada skrin rata apabila disinari oleh dua celah selari panjang yang sempit: a) lampu merah, b) cahaya putih.

1) GANGGUAN GELOMBANG- superposisi gelombang sedemikian di mana penguatan bersamanya, stabil dari masa ke masa, berlaku pada beberapa titik di angkasa dan melemah pada yang lain, bergantung pada hubungan antara fasa gelombang ini.

Syarat yang perlu untuk memerhati gangguan:

1) gelombang mesti mempunyai frekuensi yang sama (atau dekat) supaya gambar yang terhasil daripada superposisi gelombang tidak berubah mengikut masa (atau tidak berubah dengan cepat supaya ia boleh dirakam dalam masa);

2) gelombang mestilah satu arah (atau mempunyai arah yang serupa); dua gelombang serenjang tidak akan mengganggu (cuba tambahkan dua gelombang sinus serenjang!). Dalam erti kata lain, gelombang yang ditambah mesti mempunyai vektor gelombang yang sama (atau yang diarahkan rapat).

Gelombang yang mana kedua-dua syarat ini dipenuhi dipanggil KOHEREN. Syarat pertama kadangkala dipanggil koheren temporal, kedua - kesepaduan ruang.

Mari kita pertimbangkan sebagai contoh hasil penambahan dua sinusoid satu arah yang serupa. Kami hanya akan mengubah peralihan relatif mereka. Dalam erti kata lain, kami menambah dua gelombang koheren yang hanya berbeza dalam fasa awalnya (sama ada sumbernya dialihkan relatif kepada satu sama lain, atau kedua-duanya).

Jika sinusoid terletak supaya maksima (dan minima)nya bertepatan di angkasa, ia akan dikuatkan bersama.

Jika sinusoid dianjakkan relatif antara satu sama lain dengan separuh tempoh, maksimum satu akan jatuh pada minima yang lain; sinusoid akan memusnahkan satu sama lain, iaitu, kelemahan bersama mereka akan berlaku.

Secara matematik ia kelihatan seperti ini. Tambah dua gelombang:

Di sini x 1 Dan x 2- jarak dari sumber gelombang ke titik dalam ruang di mana kita memerhatikan hasil superposisi. Amplitud kuasa dua gelombang yang terhasil (berkadar dengan keamatan gelombang) diberikan oleh:

Maksimum ungkapan ini ialah 4A 2, minimum - 0; semuanya bergantung pada perbezaan dalam fasa awal dan pada apa yang dipanggil perbezaan laluan gelombang :

Apabila pada titik tertentu dalam ruang maksimum gangguan akan diperhatikan, dan apabila - gangguan minimum.

Dalam kami contoh mudah sumber gelombang dan titik dalam ruang di mana kita melihat gangguan berada pada garis lurus yang sama; sepanjang garis ini corak gangguan adalah sama untuk semua titik. Jika kita mengalihkan titik cerapan dari garis lurus yang menghubungkan sumber, kita akan mendapati diri kita berada di kawasan ruang di mana corak gangguan berubah dari satu titik ke titik. Dalam kes ini, kita akan memerhatikan gangguan gelombang dengan frekuensi yang sama dan vektor gelombang dekat.

2)1. Panjang laluan optik ialah hasil darab panjang geometri d bagi laluan gelombang cahaya dalam medium tertentu dan indeks biasan mutlak medium ini n.

2. Perbezaan fasa antara dua gelombang koheren dari satu sumber, satu daripadanya mengembara panjang laluan dalam medium dengan penunjuk mutlak pembiasan, dan satu lagi ialah panjang laluan dalam medium dengan indeks biasan mutlak:

di mana , , λ ialah panjang gelombang cahaya dalam vakum.

3) Amplitud ayunan yang terhasil bergantung pada kuantiti yang dipanggil perbezaan strok ombak

Jika perbezaan laluan adalah sama dengan bilangan integer gelombang, maka gelombang tiba pada titik dalam fasa. Apabila ditambah, gelombang menguatkan antara satu sama lain dan menghasilkan ayunan dengan amplitud dua kali ganda.

Jika perbezaan laluan adalah sama dengan bilangan ganjil separuh gelombang, maka gelombang tiba di titik A dalam antifasa. Dalam kes ini, mereka membatalkan satu sama lain, amplitud ayunan yang terhasil adalah sifar.

Pada titik lain di angkasa, pengukuhan atau kelemahan separa gelombang yang terhasil diperhatikan.

4) Pengalaman Jung

Pada tahun 1802, seorang saintis Inggeris Thomas Young menjalankan satu eksperimen di mana dia memerhati gangguan cahaya. Cahaya dari jurang yang sempit S, jatuh pada skrin dengan dua celah yang rapat S 1 Dan S 2. Melepasi setiap celah, pancaran cahaya mengembang, dan pada skrin putih pancaran cahaya melalui celah S 1 Dan S 2, bertindih. Di kawasan di mana pancaran cahaya bertindih, corak gangguan diperhatikan dalam bentuk jalur terang dan gelap berselang-seli.

Pelaksanaan gangguan cahaya daripada sumber cahaya konvensional.

Gangguan cahaya pada filem nipis. Syarat untuk gangguan maksimum dan minimum cahaya pada filem dalam cahaya yang dipantulkan dan dipancarkan.

Pinggir gangguan dengan ketebalan yang sama dan pinggir gangguan yang sama condong.

1) Fenomena gangguan diperhatikan dalam lapisan nipis cecair tidak bercampur (minyak tanah atau minyak di permukaan air), dalam buih sabun, petrol, pada sayap rama-rama, dalam warna yang ternoda, dsb.

2) Gangguan berlaku apabila pancaran awal cahaya terbelah kepada dua pancaran apabila ia melalui filem nipis, seperti filem yang digunakan pada permukaan kanta kanta bersalut. Sinar cahaya yang melalui filem dengan ketebalan akan dipantulkan dua kali - dari permukaan dalam dan luarnya. Sinar pantulan akan mempunyai perbezaan fasa malar sama dengan dua kali ketebalan filem, menyebabkan sinar menjadi koheren dan mengganggu. Pelindapkejutan penuh sinar akan berlaku pada , di mana adalah panjang gelombang. Jika nm, maka ketebalan filem ialah 550:4 = 137.5 nm.

Fluks vektor aruhan magnet DALAM (fluks magnet) melalui kawasan permukaan yang kecil dS dipanggil skalar kuantiti fizikal, sama

Di sini , ialah unit vektor normal ke kawasan itu dS, Dalam n- unjuran vektor DALAM ke arah biasa, - sudut antara vektor DALAM Dan n (Gamb. 6.28).

nasi. 6.28. Fluks vektor aruhan magnet melalui pad

Fluks magnet F B melalui permukaan tertutup sewenang-wenangnya S sama

Ketiadaan cas magnet dalam alam semula jadi membawa kepada fakta bahawa garis vektor DALAM tidak mempunyai permulaan mahupun pengakhiran. Oleh itu aliran vektor DALAM melalui permukaan tertutup mestilah sama dengan sifar. Oleh itu, untuk sebarang medan magnet dan permukaan tertutup sewenang-wenangnya S syarat dipenuhi

Formula (6.28) menyatakan Teorem Ostrogradsky-Gauss untuk vektor :

Mari kita tekankan sekali lagi: teorem ini adalah ungkapan matematik fakta bahawa dalam alam semula jadi tidak ada cas magnet di mana garis aruhan magnet akan bermula dan berakhir, seperti yang berlaku dalam kes ketegangan medan elektrik E caj mata.

Sifat ini membezakan dengan ketara medan magnet daripada medan elektrik. Garis aruhan magnet ditutup, oleh itu bilangan garisan yang memasuki isipadu ruang tertentu adalah sama dengan bilangan garisan yang meninggalkan isipadu ini. Jika fluks masuk diambil dengan satu tanda, dan fluks keluar dengan yang lain, maka jumlah fluks vektor aruhan magnet melalui permukaan tertutup akan sama dengan sifar.

nasi. 6.29. W. Weber (1804–1891) - ahli fizik Jerman

Perbezaan antara medan magnet dan elektrostatik juga ditunjukkan dalam nilai kuantiti yang kita panggil peredaran- kamiran medan vektor di sepanjang laluan tertutup. Dalam elektrostatik kamiran adalah sama dengan sifar

diambil sepanjang kontur tertutup sewenang-wenangnya. Ini disebabkan oleh potensi medan elektrostatik, iaitu, kerja yang dilakukan untuk menggerakkan cas dalam medan elektrostatik tidak bergantung pada laluan, tetapi hanya pada kedudukan titik permulaan dan penamat.

Mari lihat bagaimana keadaan dengan nilai yang sama untuk medan magnet. Mari kita ambil gelung tertutup yang meliputi arus terus dan hitung peredaran vektor untuknya DALAM , itu dia

Seperti yang diperoleh di atas, aruhan magnet yang dicipta oleh konduktor lurus dengan arus pada jarak R daripada konduktor adalah sama dengan

Mari kita pertimbangkan kes apabila kontur yang menutup arus terus terletak pada satah berserenjang dengan arus dan merupakan bulatan dengan jejari R berpusat pada konduktor. Dalam kes ini, peredaran vektor DALAM sepanjang bulatan ini adalah sama

Ia boleh ditunjukkan bahawa keputusan untuk peredaran vektor aruhan magnet tidak berubah dengan ubah bentuk litar yang berterusan, jika semasa ubah bentuk ini litar tidak bersilang dengan garisan semasa. Kemudian, disebabkan oleh prinsip superposisi, peredaran vektor aruhan magnet di sepanjang laluan yang meliputi beberapa arus adalah berkadar dengan jumlah algebranya (Rajah 6.30)

nasi. 6.30. Gelung tertutup (L) dengan arah pintasan yang ditentukan.
Arus I 1, I 2 dan I 3 digambarkan, mewujudkan medan magnet.
Hanya arus I 2 dan I 3 menyumbang kepada peredaran medan magnet di sepanjang kontur (L)

Jika litar yang dipilih tidak meliputi arus, maka peredaran melaluinya adalah sifar.

Apabila mengira jumlah algebra arus, tanda arus harus diambil kira: kita akan menganggap positif arus yang arahnya berkaitan dengan arah traversal sepanjang kontur dengan peraturan skru kanan. Contohnya, sumbangan semasa saya 2 ke dalam edaran adalah negatif, dan sumbangan semasa saya 3 - positif (Rajah 6.18). Menggunakan nisbah

antara kekuatan semasa saya melalui mana-mana permukaan tertutup S dan ketumpatan arus, untuk peredaran vektor DALAM boleh ditulis

di mana S- sebarang permukaan tertutup terletak pada kontur tertentu L.

Medan sedemikian dipanggil pusaran. Oleh itu, potensi tidak boleh diperkenalkan untuk medan magnet, seperti yang dilakukan untuk medan elektrik cas titik. Perbezaan antara medan potensi dan vorteks boleh diwakili dengan jelas oleh gambar garis medan. Garis medan elektrostatik adalah seperti landak: ia bermula dan berakhir pada caj (atau pergi ke infiniti). Garis medan magnet tidak pernah menyerupai "landak": ia sentiasa tertutup dan menerima arus semasa.

Untuk menggambarkan aplikasi teorem edaran, mari kita cari dengan kaedah lain medan magnet yang telah diketahui bagi solenoid tak terhingga. Mari kita ambil kontur segi empat tepat 1-2-3-4 (Gamb. 6.31) dan hitung peredaran vektor DALAM sepanjang kontur ini

nasi. 6.31. Penggunaan teorem edaran B untuk penentuan medan magnet solenoid

Kamiran kedua dan keempat adalah sama dengan sifar kerana keserenjangan vektor dan

Kami menghasilkan semula keputusan (6.20) tanpa menyepadukan medan magnet daripada pusingan individu.

Keputusan yang diperolehi (6.35) boleh digunakan untuk mencari medan magnet bagi solenoid toroida nipis (Rajah 6.32).

nasi. 6.32. Gegelung toroidal: Garis aruhan magnet ditutup di dalam gegelung dan membentuk bulatan sepusat. Mereka diarahkan sedemikian rupa sehingga, melihat di sepanjang mereka, kita akan melihat arus dalam selekoh beredar mengikut arah jam. Salah satu garis aruhan bagi jejari tertentu r 1 ≤ r< r 2 изображена на рисунке